CN107959433A - 一种抑制漏电流的逆变器及逆变系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种抑制漏电流的逆变器,该逆变器中包括多电平逆变桥臂、DCDC变换器、第一电容和第二电容。其中,DCDC变换器的正输入端和负输入端分别连接直流电源的正端和负端,逆变器桥臂的正输入端和负输入端分别连接DCDC变换器的正输出端和负输出端,多电平逆变桥臂的输出端连接交流电网,第一电容和第二电容串联后连接在多电平逆变桥臂的正输入端和负输入端之间,多电平逆变桥臂的中点连接第一电容和第二电容之间的公共点,且多电平逆变桥臂的中点连接直流电源的正端或负端,交流电网的N线连接多电平逆变桥臂的中点。即相当于本申请提供的抑制漏电流的逆变器将直流电源的正端或负端直接接地,因而,该逆变器的漏电流近似为0。

Description

一种抑制漏电流的逆变器及逆变系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及电力电子技术领域,尤其涉及一种抑制漏电流的逆变器及逆变系统。
背景技术
[0002] 在光伏发电系统中,一般需要利用光伏逆变器将太阳能电池板产生的直流电转换 为可并入交流电网的交流电,在转换的过程中,需要将太阳能电池板输出的直流电输入至 DCDC变换器,得到合适的直流电,以便逆变器将该直流电逆变为可供电网使用的交流电。
[0003] 为了降低光伏逆变器自身运行带来的损耗,光伏逆变器通常采用无变压器逆变拓 扑以及单极性的调制方式。然而,传统的桥式逆变器,例如H桥逆变器,在单极性调制的过程 中,会产生较大的高频共模电压,从而会产生较大的高频漏电流。
[0004] 现有技术中为了解决上述产生高频漏电流的问题,会在桥式逆变器上增加额外的 阻断开关,切断高频漏电流的路径。然而,采用这种方式解决仍不能完全解决产生高频漏电 流的问题,在死区时间内,仍会在光伏逆变器中产生开关频率次的、宽度接近死区时间的尖 峰漏电流。
发明内容
[0005] 为了解决现有技术中存在的以上技术问题,本发明提供一种抑制漏电流的逆变器 及逆变系统,能够有效抑制逆变器的漏电流。
[0006] 本发明提供以下技术方案:
[0007] —种抑制漏电流的逆变器,包括:多电平逆变桥臂、DCDC变换器、第一电容和第二 电容;
[0008] 所述多电平逆变桥臂的正输入端和负输入端分别连接DCDC变换器的正输出端和 负输出端;
[0009] 所述第一电容和所述第二电容串联后连接在所述多电平逆变桥臂的正输入端和 负输入端之间;
[0010] 所述多电平逆变桥臂的中点连接所述第一电容和第二电容的公共点;
[0011] 所述DCDC变换器的正输入端和负输入端分别连接直流电源的正端和负端;
[0012] 所述多电平逆变桥臂的中点连接所述直流电源的正端或负端;
[0013] 所述多电平逆变桥臂的输出端连接交流电网,所述交流电网的N线连接所述多电 平逆变桥臂的中点。
[0014] 可选的,当所述多电平逆变桥臂的中点连接所述直流电源的负端,具体为:所述多 电平逆变桥臂的中点通过第二开关连接所述直流电源的负端;
[0015] 当判断逆变器的漏电流大于预设电流值时,所述第二开关闭合,反之断开。
[0016] 可选的,所述直流电源的负端通过第三开关连接所述多电平逆变桥臂的负输入 端;当所述DCDC变换器需要停止工作时,控制所述第三开关闭合以将所述DCDC变换器旁路;
[0017] 或,
[0018] 所述直流电源的负端连接第二二极管的阴极,所述第二二极管的阳极连接所述多 电平逆变桥臂的负输入端。
[0019] 可选的,当所述多电平逆变桥臂中点连接所述直流电源的正端,具体为:所述多电 平逆变桥臂的中点通过第四开关连接所述直流电源的正端;
[0020] 当判断逆变器的漏电流大于预设电流值时,所述第四开关闭合,反之断开。
[0021] 可选的,所述直流电源的正端通过第五开关连接所述多电平逆变桥臂的f输入 端;当所述DCDC变换器需要停止工作时,控制所述第五开关闭合以将所述DCDC变换器旁路;
[0022] 或,
[0023] 所述直流电源的正端连接第三二极管的阳极,所述第三二极管的阴极连接所述多 电平逆变桥臂的正输入端。
[0024] 可选的,所述DCDC变换器至少为以下一种,或者至少二种:
[0025] Buck、Boost、Buckboost、Cuk、Sepic、Zeta、正激变换器、反激变换器、推挽变换器 和全桥变换器。
[0026] 可选的,所述多电平逆变桥臂为三电平、五电平、七电平或九电平逆变桥臂。_
[0027] 可选的,当所述多电平逆变桥臂为三电平逆变桥臂时,所述多电平逆变桥臂采用T 型三电平桥臂或I字型三电平桥臂;
[0028] 当所述多电平逆变桥臂为五电平逆变桥臂时,所述多电平逆变桥臂采用基于悬浮 电容的五电平桥臂。
[0029] 可选的,所述直流电源为以下任意一种:
[0030] 光伏阵列、超级电容和蓄电池。
[0031] 可选的,还包括:滤波电路;
[0032] 所述滤波电路连接在所述逆变器桥臂的输出端和交流电网之间。
[0033] 本发明还提供了 一种逆变系统,包括上述逆变器,还包括:直流电源和交流电网。
[0034] 与现有技术相比,本发明至少具有以下优点:
[0035] 本申请提供了 一种抑制漏电流的逆变器,该逆变器中包括多电平逆变桥臂、DCDC 变换器、第一电容和第二电容。其中,DCDC变换器的正输入端和负输入端分别连接直流电源 的正端和负端,逆变器桥臂的正输入端和负输入端分别连接DCDC变换器的正输出端和负输 出端,多电平逆变桥臂的输出端连接交流电网,第一电容和第二电容串联后连接在多电平 逆变桥臂的正输入端和负输入端之间,多电平逆变桥臂的中点连接第一电容和第二电容之 间的公共点,且多电平逆变桥臂的中点连接直流电源的正端或负端,交流电网的N线连接多 电平逆变桥臂的中点。由于交流电网的N线通常接地,本申请提供的抑制漏电流的逆变器将 交流电网的N线与直流电源的正端或负端相连,即相当于将直流电源的正端或负端直接接 地,因而,该逆变器的漏电流近似为0。
附图说明
[0036] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下, 还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0037]图1为现有技术提供的一种用于消除高频漏电流的H5拓扑结构图;
[0038]图2为现有技术提供的一种用于消除高频漏电流的HERIC拓扑结构图;
[0039]图3为本发明实施例一提供的一种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0040]图4为本发明实施例一提供的另一种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0041]图5为本发明实施例二提供的第一种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0042]图6为本发明实施例二提供的第二种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0043]图7为本发明实施例二提供的第三种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0044]图8为本发明实施例二提供的第四种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0045]图9为本发明实施例二提供的第五种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0046]图10为本发明实施例二提供的第六种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0047]图11为本发明实施例三提供的第一种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0048]图12为本发明实施例三提供的第二种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0049]图13为本发明实施例三提供的第三种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0050]图14a为本发明实施例三提供的第四种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0051]图14b为本发明实施例三提供的第五种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0052]图15为本发明实施例三提供的第六种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0053]图16为本发明实施例三提供的第七种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0054]图17为本发明实施例四提供的第一种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0055]图18为本发明实施例四提供的第二种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0056]图19为本发明实施例四提供的第三种抑制漏电流的逆变器的结构图;
[0057]图20为本发明实施例提供的一种应用于三相交流电网的抑制漏电流的逆变器的 结构图。
具体实施方式
[0058] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的 附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本 发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在 没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0059] 逆变器在单极性调制的过程中,会产生较大的高频共模电压,从而产生较大的高 频漏电流。现有技术为了防止高频漏电流的产生,一般会在桥式逆变器上增加额外的阻断 开关,以切断高频漏电流的路径。
[0060] 下面介绍两种现有技术中,用于消除高频漏电流的拓扑结构:
[0061] 如图1所示,为现有技术提供的用于消除高频漏电流的H5拓扑结构,该结构在Hi 逆变器的直流侧增加一个额外的开关管S5。当逆变器输出正电平或者负电平时,开关管S5 导通,开关管S1、S2、S3和S4正常工作,即开关管S1和开关管S4同时导通,开关管S2和开关管 S3同时导通,且开关管S1和S4、开关管S2和S3交替导通。当逆变器输出零电平时,开关管S5 关断,H桥逆变器中仅开关管S1和S3导通,以确保H桥臂并网点共模电压保持在0• 5Vbus左 右,基本上消除了尚频共t吴电压成分。
[0062] 如图2所示,为现有技术提供的一种用于消除高频漏电流的HERIC拓扑结构,该结 构在H桥逆变器的交流并网点增加了一个开关管S5和开关管S6串联的通路,当逆变器输出 正电平或者负电平时,开关管S1、S2、S3和S4正常工作,即开关管S1和开关管S4同时导通,开 关管S2和开关管S3同时导通,且开关管S1和S4、开关管S2和S3交替导通。当逆变器输出零电 平时,开关管S5和S6导通,以确保H桥臂并网点共模电压保持在0 • 5Vbus左右,基本上消除了 高频共模电压成分。
[0063] 然而,由于需要降低因直流侧母线电容直通而出现短路情况的风险,会在新增的 阻断开关管(H5拓扑结构中的开关管S5、HERIC拓扑结构中的开关管S5和Se)与H桥臂上的开 关管之间设置开关死区时间,在该开关死区时间内,逆变器桥臂并网点的共模电压会发生 0.5Vbus大小的跳变,因而,会在该拓扑结构中产生开关频率次的、宽度接近死区时间的尖 峰漏电流,即上述拓扑结构仍会产生高频漏电流。
[0064] 为了完全消除逆变器的高频漏电流,本申请提供了一种抑制漏电流的逆变器,该 逆变器中包括多电平逆变桥臂、DCDC变换器、第一电容和第二电容。其中,D⑶C变换器的正 输入端和负输入端分别连接直流电源的正端和负端,逆变器桥臂的正输入端和负输入端分 别连接DCDC变换器的正输出端和负输出端,第一电容和第二电容串联后连接在多电平逆变 桥臂的正输入端和负输入端之间,多电平逆变桥臂的输出端连接交流电网,多电平逆变桥 臂的中点连接第一电容和第二电容之间的公共点,且多电平逆变桥臂的中点连接直流电源 的正端或负端,交流电网的N线连接多电平逆变桥臂的中点。由于交流电网的N线通常接地, 本申请提供的抑制漏电流的逆变器将交流电网的N线、直流电源的正端或负端以及多电平 逆变桥臂的中点三者连接起来,相当于将直流电源的正端或负端直接接地,进而能够保证 该逆变器的漏电流近似为0。
[0065] 实施例一
[0066] 参见图3,为本申请实施例提供的一种抑制漏电流的逆变器的结构图,该逆变器包 括:多电平逆变桥臂301、DCDC变换器302、第一电容C1和第二电容C2。
[0067] 本申请实施例提供的逆变器为多电平逆变器,因此,逆变器中的逆变桥臂为多电 平逆变桥臂。
[0068]多电平逆变桥臂301的正输入端和负输入端分别连接DCDC变换器302的正输出端 和负输出端。
[0069] 第一电容C1和第二电容C2串联后连接在所述多电平逆变桥臂301的正输入端和负 输入端之间。
[0070]多电平逆变桥臂301的中点连接所述第一电容C1和第二电容C2的公共点。
[0071] DCDC变换器302的正输入端和负输入端分别连接直流电源Vin的正端和负端。
[0072]多电平逆变桥臂301的中点连接所述直流电源Vin的正端或负端。
[0073]多电平逆变桥臂301的输出端连接交流电网,所述交流电网的N线连接所述多电平 逆变桥臂的中点。
[0074]如图3所示,为多电平逆变桥臂301的中点连接直流电源Vin负端的逆变器拓扑结 构示意图。
[0075] 直流电源Vin的正端和负端分别连接D⑶C变换器302的正输入端和负输入端,直流 电源输出的直流电Vin经DCDC变换器处理后,能够得到可供逆变器进行逆变的直流电,以便 逆变器能够将该直流电逆变得到可并入交流电网的交流电。将第一电容C1和第二电容C2串 联后,连接在多电平逆变桥臂301的正输入端和负输入端,以将需要进行逆变的直流电变换 为正电平和负电平,即为多电平逆变桥臂301提供需要逆变的正直流电和负直流电,以便多 电平逆变桥臂301逆变该直流电后,能够获得正负交替的交流电。
[0076] 此外,通过控制DCDC变换器302和多电平逆变桥臂301,可以使得输入至第一电容 C1和第二电容C2的功率基本一致,进而使得第一电容C1和第二电容C2输出到多电平逆变桥 臂301的功率基本一致。由于第一电容C1和第二电容C2上的电压基本一致,且第一电容C1上 的电压和第二电容C2上的电压均近似等于直流电源的输出电压Vin,因此,多电平逆变桥臂 301的输入电压可以近似等于直流电源Vin的2倍,进而还可以减少直流电源中串联的电源 组件。
[0077] 第一电容C1和第二电容C2的公共点与多电平逆变桥臂301的中点相连,且同时连 接交流电网的N线和直流电源Vin的负端。
[0078]由于交流电网的N线接地,因此,与该交流电网的N线相连的第一电容C1和第二电 容C2的公共点也接地,同理,与该交流电网的N线相连的直流电源Vin的负端也接地。由于直 流电源Vin的负端接地,该逆变器中的漏电流将近似为0。
[0079] 此外,若与该抑制漏电流的逆变器相连的直流电源为P型光伏组件,该直流电源的 负端接地,还可以消除该P型光伏组件的电势诱导衰减(PID,Potential Induced Degradation)效应,防止光伏组件的发电量衰减。
[0080]如图4所示,为多电平逆变桥臂301的中点连接直流电源Vin正端的逆变器拓扑结 构示意图。
[0081] 直流电源Vin的正端和负端分别连接DCDC变换器302的正输入端和负输入端,直流 电源输出的直流电Vin经DCDC变换器处理后,能够得到可供逆变器进行逆变的直流电,以便 逆变器能够将该直流电逆变得到可并入交流电网的交流电。将第一电容C1和第二电容C2串 联后,连接在多电平逆变桥臂301的正输入端和负输入端,以将需要进行逆变的直流电变换 为正电平和负电平,即为多电平逆变桥臂301提供需要逆变的正直流电和负直流电,以便多 电平逆变桥臂301逆变该直流电后,能够获得正负交替的交流电。
[0082] 此外,通过控制DCDC变换器302和多电平逆变桥臂301,可以使得输入至第一电容 C1和第二电容C2的功率基本一致,进而使得第一电容C1和第二电容C2输出到多电平逆变桥 臂301的功率基本一致。
[0083]由于第一电容C1和第二电容C2上的电压基本一致,且第一电容C1上的电压和第二 电容C2上的电压均近似等于直流电源的输出电压Vin,因此,多电平逆变桥臂301的输入电 压可以近似等于直流电源Vin的2倍,进而还可以减少所需的直流电源Vin的电压值。。
[0084] 第一电容C1和第二电容C2的公共点与多电平逆变桥臂301的中点相连,且同时连 接交流电网的N线和直流电源Vin的正端。由于交流电网的N线接地,因此,与该交流电网的N 线相连的第一电容C1和第二电容C2的公共点也接地,同理,与该交流电网的N线相连的直流 电源Vin的正端也接地。由于直流电源Vin的正端接地,该逆变器中的漏电流将近似为0。 [0085]此外,若与该抑制漏电流的逆变器相连的直流电源为N型光伏组件,在直流电源对 地正偏压的条件下,容易发生PID衰减,因此,将直流电源的正端与交流电网的N线相连,可 以保证作为直流电源的N型光伏组件对地完全是负压,进而消除PID效应。
[0086]需要说明的是,上述直流电源Vin可以为光伏阵列,也可以为直流储能装置,如超 级电容、蓄电池等。当直流电源Vin为光伏阵列时,可以将多个太阳能电池串联或并联起来, 作为光伏阵列为逆变器提供直流电;同理,当直流电源Vin为直流储能装置时,可以将多个 能够提供直流电能的储能装置串联或并联起来,为逆变器提供直流电。
[0087]此外,上述抑制漏电流的逆变器还可以包括滤波电路L,连接在逆变器桥臂301的 输出端和交流电网之间。该滤波电路L用于滤除多电平逆变桥臂输出的交流电中的杂波,以 得到能够并入交流电网的交流电。
[0088]需要说明的是,滤波电路的结构可以为任一种能够实现滤波功能的电路结构,可 以仅采用电感进行滤波,也可以采用电感电容(LC)组成的二阶滤波器进行滤波,还可以采 用电感电容电感(LCL)组成的三阶滤波器进行滤波。在此不对滤波电路的结构进行任何限 定。图中仅是以电感L示意表示该滤波电路。
[0089]该逆变器中还可以设置有控制器,该控制器可以控制DCDC变换器和多电平逆变桥 臂的运行,具体的,可以对输入端连接的外部直流电源进行最大功率点跟踪(M a x i m u m Power Point Tracking,MPPT)控制,也可以控制输入端第一电容Cl和第二电容C2的电压或 者功率的均衡控制,还可以控制第一电容C1和第二电容C2输出到多电平逆变桥臂的功率均 衡。在此,不对该控制器可以实现的功能做任何限定。
[0090] 本实施例提供的抑制漏电流的逆变器中包括多电平逆变桥臂、DCDC变换器、第一 电容和第二电容。其中,DCDC变换器的正输入端和负输入端分别连接直流电源的正端和负 端,逆变器桥臂的正输入端和负输入端分别连接DCDC变换器的正输出端和负输出端,第一 电容和第二电容串联后连接在多电平逆变桥臂的正输入端和负输入端之间,多电平逆变桥 臂的输出端连接交流电网,多电平逆变桥臂的中点连接第一电容和第二电容之间的公共 点,且多电平逆变桥臂的中点连接直流电源的正端或负端,交流电网的N线连接多电平逆变 桥臂的中点。由于交流电网的N线通常接地,本申请提供的抑制漏电流的逆变器将交流电网 的N线、直流电源的正端或负端以及多电平逆变桥臂的中点三者连接起来,相当于将直流电 源的正端或负端直接接地,进而能够保证该逆变器的漏电流近似为0。
[0091] 在一些情况下,逆变器中的漏电流较小,不会对逆变器的工作性能产生任何影响, 此时,可以选择断开逆变器桥臂中点与直流电源的连接。
[0092] 实施例二
[0093]参见图5,为本实施例提供的一种抑制漏电流的逆变器结构图。
[0094]当多电平逆变桥臂301的中点连接直流电源Vin的负端时,多电平逆变桥臂301的 中点可以通过第二开关S2连接直流电源Vin的负端。
[0095]当判断逆变器的漏电流大于预设电流值时,第二开关S2闭合,反之断开。
[0096]本实施例判断提供的抑制漏电流的逆变器中的漏电流是否大于预设电流值,若此 时逆变器中的漏电流大于预设电流值,则说明该逆变器中仍存在较大的漏电流,闭合设置 于多电平逆变桥臂301中点与直流电源Vin负端之间的第二开关S2。由于多电平逆变桥臂 301的中点与交流电网的N线始终存在连接关系,因此,闭合设置于多电平逆变桥臂301中点 与直流电源Vin负端之间的第二开关S2,即保证了直流电源Vin负端与交流电网的N线相连, 基于实施例一中的介绍可知,直流电源Vin负端与交流电网的N线相连可以保证直流电源 Vin负端接地,进而达到消除逆变器中漏电流的目的。
[0097] 反之,若逆变器中的漏电流小于预设电流值,则说明逆变器中的漏电流较小,甚至 为0。此时直流电源Vin负端无需接地,因此,断开设置于多电平逆变桥臂301中点与直流电 源Vin负端之间的第二开关S2,即断开直流电源Vin负端与交流电网N线的连接。此外,在一 些情况下,需要降低逆变器中各器件上的电压应力,或者需要提高DCDC变换器302或多电平 逆变桥臂301的转换效率,此时,也可以通过断开设置于多电平逆变桥臂301中点与直流电 源Vin负端之间的第二开关来实现。
[0098]需要说明的是,预设电流值为根据实际需要设置的电流值,在此不对预设电流值 的大小做任何限定。
[0099] 在一些情况下,直流电源输入的直流电压较大,仅利用直流电源输出的直流电压 进行逆变,即可获得交流电网需要的交流电压。此时,为了降低逆变器对能量的消耗,可以 停止DCDC变换器的工作。因此,可以在本实施例提供的抑制漏电流的逆变器的基础上,在直 流电源的负端和多电平逆变桥臂的负输入端之间设置开关器件,通过控制该开关器件,控 制DCDC变换器是否在逆变器中工作。
[0100] 参见图6,为本实施例提供的另一种抑制漏电流的逆变器的结构图。
[0101] 直流电源的负端通过第三开关S3连接多电平逆变桥臂的负输入端;当DCDC变换器 需要停止工作时,控制第三开关S3闭合以将D⑶C变换器旁路。
[0102] 当不需要逆变器中的DCDC变换器工作时,可以控制第三开关S3闭合,将DCDC变换 器旁路,直流电源可以直接将自身的直流电能发送至第一电容C1和第二电容C2,以便多电 平逆变桥臂301对第一电容C1和第二电容C2上的直流电进行逆变。
[0103]当直流电源的电能较为充足时,可以控制DCDC变换器停止工作,直流电源将自身 的电能直接输给第一电容C1和第二电容C2,不需要经DCDC变换器对直流电能进行变换,减 少了DCDC变换器对电能的损耗,进而减少了逆变器中电能的损耗。
[0104] 此外,为了降低逆变器的生产成本,还可以将上述第三开关S3替换为成本较低的 二极管。如图7所示,为本实施例提供的又一种抑制漏电流的逆变器的结构图,直流电源Vin 的负端连接第二二极管D2的阴极,第二二极管D2的阳极连接多电平逆变桥臂的负输入端。 由该第二二极管D2为DCDC变换器提供旁路路径。
[0105]同理,当多电平逆变桥臂中点连接直流电源的正端时,也可以在多电平逆变桥臂 的中点与直流电源之间增设开关器件,以便在某些不需要将直流电源正端接地的情况下, 可以断开直流电源正端与交流电网的N线的连接。
[0106]参见图8,为本实施例提供的一种抑制漏电流的逆变器结构图。当多电平逆变桥臂 301的中点连接直流电源Vin的负端时,多电平逆变桥臂301的中点可以通过第四开关S4连 接直流电源Vin的正端。
[0107]当判断逆变器的漏电流大于预设电流值时,第四开关S4闭合,反之断开。
[0108]判断抑制漏电流的逆变器中的漏电流是否大于预设电流值,若此时逆变器中的漏 电流大于预设电流值,则说明该逆变器中存在较大的漏电流,闭合设置于多电平逆变桥臂 301中点与直流电源Vin正端之间的第四开关S4。由于多电平逆变桥臂301的中点与交流电 网的N线始终存在连接关系,因此,闭合设置于多电平逆变桥臂301中点与直流电源Vin正端 之间的第四开关S4,即保证了直流电源Vin正端与交流电网的N线相连,基于实施例一中的 介绍可知,直流电源Vin正端与交流电网的N线相连可以保证直流电源Vin正端接地,进而达 到消除逆变器中漏电流的目的。
[0109]反之,若逆变器中的漏电流小于预设电流值,则说明逆变器中的漏电流较小,甚至 为0。此时直流电源Vin正端无需接地,因此,断开设置于多电平逆变桥臂301中点与直流电 源Vin正端之间的第四开关S4,极断开直流电源Vin负端与交流电网N线的连接。此外,在一 些情况下,需要降低逆变器中各器件上的电压应力,或者需要提高DCDC变换器302或多电平 逆变桥臂301的转换效率,此时,断开设置于多电平逆变桥臂301中点与直流电源Vin正端之 间的第四开关S4,可以实现上述效果。
[0110]需要说明的是,预设电流值为根据实际需要设置的电流值,在此不对预设电流值 的大小做任何限定。
[0111] 在一些情况下,直流电源输入的直流电压较大,此时可以不需要D⑶C变换器工作, 为了降低逆变器的消耗,还可以在本实施例提供的抑制漏电流的逆变器的基础上,在直流 电源的负端和多电平逆变桥臂的负输入端之间设置开关器件,通过控制该开关器件,控制 D⑶C变换器是否在逆变器中正常工作。
[0112]参见图9,为本实施例提供的另一种抑制漏电流的逆变器的结构图。
[0113] 直流电源的正端通过第五开关S5连接多电平逆变桥臂的正输入端;当DCDC变换器 需要停止工作时,控制第五开关S5闭合以将DCDC变换器旁路。
[0114] 当直流电源的电能较为充足时,可以控制DCDC变换器停止工作,直流电源将自身 的电能直接输给第一电容C1和第二电容C2,不需要经DCDC变换器对直流电能进行变换,减 少了 DCDC变换器对电能的损耗,进而减少了逆变器中电能的损耗。
[0115] 此外,为了降低逆变器的生产成本,还可以将上述第五开关S5替换为成本较低的 二极管。如图10所示,为本实施例提供的又一种抑制漏电流的逆变器的结构图,直流电源 Vin的正端连接第三二极管D3的阳极,第三二极管D3的阴极连接多电平逆变桥臂的正输入 端。由该第三二极管D3为DCDC变换器提供旁路路径。
[0116] 本实施例提供的抑制漏电流的逆变器可以控制直流电源的正端或负端与多电平 逆变桥臂中点间的连接关系,即当逆变器中漏电流较大时,可以控制直流电源的正端或负 端与多电平逆变桥臂中点相连,当逆变器中漏电流较小时,可以控制直流电源的正端或负 端与多电平逆变桥臂中点断开。此外,为了减少DCDC变换器带来的能量损耗,在一些不需要 D⑶C变换器的情况下,可以控制DCDC变换器停止工作。
[0117] 本申请提供的抑制漏电流的逆变器中的DCDC变换器可以为任一种形式的DCDC变 换器,也可以为多种形式DCDC变换器的组合或者融合的形式。其中,组合是指多种DCDC变换 器一起使用,融合是指多种DCDC变换器复用部分器件或者电路的方式。
[0118] 实施例三
[0119]本申请实施例提供的抑制漏电流的逆变器中包括的DCDC变换器至少为以下一种: [0120] Buck、Boost、Buckboost、Cuk、Sepic、Zeta、正激变换器、反激变换器、推挽变换器 和全桥变换器。
[0121]下面结合附图,介绍几种本申请实施例提供的可选的DCDC变换器的形式:
[0122]如图11所示,为本实施例提供的采用Buckboost变换器作为DCDC变换器的逆变器 结构图。
[0123] 直流电源的正端与Buckboost变换器的正输入端相连,直流电源的负端与 Buckboost变换器的负输入端相连。开关S1闭合,直流电源向Buckboost变换器中的电感L1 充电;开关S1断开,直流电源和电感L1为第一电容Cl和第二电容C2充电。
[0124]需要说明的是,Buckb〇〇st变换器中的开关S1可以为高速开关的半导体器件,如 IGBT、MOSFET、晶体管等。
[0125]如图12所示,为本实施例提供的采用Cuk变换器作为DCDC变换器的逆变器结构图。 [0126] 直流电源的正端与Cuk变换器的正输入端相连,直流电源的负端与Cuk变换器的负 输入端相连。开关S1闭合,直流电源向Cuk变换器中的电感L1充电,此时,电容C3在由开关 S1、第二电容C2和电感L2组成的环路中,为第二电容C2充电;开关S1断开,Cuk变换器中的电 感L1在由电容C3和二极管D1组成的环路中,为电容C3充电,直流电源在由第一电容C1、第二 电容C2、电感L2和二极管D1组成的环路中,为第一电容C1和第二电容C2充电。
[0127]需要说明的是,Cuk变换器中的开关S1可以为高速开关的半导体器件,如IGBT、 M0SFET、晶体管等。
[0128]如图13所示,为本实施例提供的采用正激变换器作为DCDC变换器的逆变器结构 图。
[0129] 直流电源的正端与正激变换器的正输出端相连,直流电源的负端与正激变换器的 负输入端相连,直流电源直接为第一电容C1充电;开关S1闭合,直流电源向电感L1充电;开 关S1断开,电感L1在由二极管D2和第二电容C2组成的环路中,为第二电容C2充电。
[0130] 如图14a所示,为本实施例提供的采用Boost变换器作为DCDC变换器的逆变器结构 图。
[0131] 直流电源的正端与Boost变换器的正输入端相连,直流电源的负端与Boost变换器 的负输入端相连,开关S1闭合时,直流电源向电感L1充电,开关S1断开时,直流电源和电感 L1经二极管D1为第一电容C1和第二电容C2充电。
[0132] 此外,还可以将多种形式的DCDC变换器组合起来,作为本申请中提供的抑制漏电 流的逆变器中的DCDC变换器。
[0133] 如图14b所示,为本实施例提供的将Buck变换器和Buckboost变换器组合起来作为 D⑶C变换器的逆变器结构图。
[0134] 其中,Buck变换器由开关S1、电感L1、二极管D1构成,用于为第一电容C1供电; Buckboost变换器由开关S2、电感L2、二极管D2构成,用于为第二电容C2供电。开关S1闭合, 直流电源为电感L1和电容C1充电;开关S1断开,电感L1通过二极管D1为电容C1充电。开关S2 闭合,直流电源为电感L2充电;开关S2断开,电感L2通过二极管D2为电容C2充电。采用本逆 变器结构,可以通过Buck和Buckboost变换器为电容C1和C2提供相对较低的电压,避免直流 母线电压过高。 >
[0135] 如图15所示,为本实施例提供的将Zeta变换器和Buckboost变换器融合起来作为 DCDC变换器的逆变器结构图。 >
[0136] 其中,Zeta变换器为第一电容C1供电,Buckboost变换器为第二电容C2供电,为了 简化该DCDC变换器的结构,D⑶C变换器中的Zeta变换器和Buckboost变换器可以复用开关 S1和电感L1。开关S1闭合,直流电源为电感L1充电,同时直流电源和电容C3串联,一起通^ L2为第一电容C1充电;开关S1断开,电感L1通过二极管D2为电容C3充电,通过二极管D1为第 二电容C2充电,电感L2通过由第一电容C1和二极管D2组成的环路为第一电容C1充电。
[0137] 如图16所示,为本实施例提供的将Sepic变换器和Cuk变换器融合起来作为DCDC变 换器的逆变器结构图。
[0138] 其中,Sep i c变换器为第一电容C1供电,Cuk变换器为第二电容C2供电。为了简化该 DCDC变换器的结构,DCDC变换器中的Sepic变换器和Cuk变换器可以复用开关S1和电感L1。 开关S1闭合,直流电源为电感L1充电,同时电容C3为电感L2充电,电容C4通过由开关S1、第 二电容C2和电容L3组成的路径为第二电容C2充电;开关S1断开,直流电源、电感L1通过由电 容C3、电感L2和二极管D2组成的路径为电容C3和第一电容C1充电,电感L2通过二极管D2为 第一电容C1充电,同时,直流电源、电感L1通过由电容C4和二极管D3组成的支路为电容C4充 电,电感L3通过由二极管D3和第二电容C2组成的支路为第二电容C2充电。
[0139] 当然,D⑶C变换器除了可以采用上述形式的变换器,也还可以采用其他能够实现 变压功能的变换器,在此对DCDC变换器的形式不做任何限定。本实施例提供了多种DCDC变 换器的形式,采用上述任一种形式的DCDC变换器均可以保证本申请提供的抑制漏电流的逆 变器,能够完全消除逆变器中的高频漏电流。
[0140] 此外,本申请实施例提供的抑制漏电流的逆变器中的多电平逆变桥臂,也可以为 任一种形式的多电平逆变桥臂。
[0141] 实施例四
[0142] 本申请实施例提供的抑制漏电流的逆变器中的多电平逆变桥臂可以为三电平、五 电平、七电平或九电平逆变桥臂。
[0143] 当多电平逆变桥臂为三电平逆变桥臂时,多电平逆变桥臂采用T型三电平桥臂或I 型三电平桥臂。
[0144] 如图17所示,为本实施例提供的多电平逆变桥臂为T型三电平桥臂时,抑制漏电流 的逆变器的结构图。
[0145] 该三电平桥臂具有三个直流输入端,至少可以向交流电网侧输出三个电平,作为 一种可选的实施方式,该三电平桥臂可以为T型三电平桥臂。开关管S1导通时,桥臂向交流 电网侧输出正电平;开关管S2导通时,桥臂向交流电网侧输出负电平;开关管S3和S4同时导 通时,桥臂向交流电网侧输出零电平。
[0146] 如图18所示,为本实施例提供的多电平逆变桥臂为I型三电平桥臂时,抑制漏电流 的逆变器的结构图。
[0147] 开关管S1和S2同时导通时,桥臂向交流电网侧输出正电平;开关管S3和S4同时导 通时,桥臂向交流电网侧输出负电平;开关管似和幻同时导通,桥臂向交流电网侧输出零电 平。
[0148] 当然,该多电平逆变桥臂采用三电平桥臂时还可以为其他形式的三电平桥臂,在 此不对三电平桥臂的形式做任何限定。
[0149] 当多电平逆变桥臂为五电平逆变桥臂时,多电平逆变桥臂采用基于悬浮电容的五 电平桥臂。
[0150] 如图19所示,为本实施例提供的多电平逆变桥臂采用基于悬浮电容的五电平桥臂 时,抑制漏电流的逆变器的结构图。
[0151] 该基于悬浮电容的五电平桥臂通过切换开关管S1至SS,使第一电容C1的正端连接 到交流电网侧,可以输出+2电平;使第一电容C1和第三电容C3反向串联,第三电容C3负端连 接交流电网侧可以输出+ 1电平;使第三电容C3负端连接交流电网侧,可以输出0电平;使第 三电容C3正端连接第一电容Cl负端、第三电容C3负端连接交流电网侧,可以输出-1电平;使 第二电容C2和第三电容C3反向串联,第三电容C3正端连接交流电网侧,可以输出+1电平;使 第二电容C2负端连接交流电网侧,可以输出_2电平。
[0152] 当然,该多电平逆变桥臂采用五电平桥臂时还可以为其他形式的五电平桥臂,在 此不对五电平桥臂的形式做任何限定。
[0153] 此外,多电平逆变桥臂还可以为其他形式的七电平桥臂、九电平桥臂等,在此不对 多电平逆变桥臂的形式进行任何限定。
[0154] 本实施例提供了多种多电平逆变桥臂的形式,采用上述任一种形式的多电平逆变 桥臂均可以保证本申请提供的抑制漏电流的逆变器,能够完全消除逆变器中的高频漏电 流。
[0155] 此外,本申请提供的抑制漏电流的逆变器还可以应用于更多相,例如,应用于三相 交流电网。如图20所示,多电平逆变桥臂为三相多电平逆变桥臂,多电平逆变桥臂的三个输 出端分别经过三个滤波器后,连接交流电网中的三相,三相电网的N线连接第一电容C1和第 二电容C2的中点。
[0156] 基于以上实施例提供的逆变器,本发明实施例还提供一种逆变系统,该逆变系统 包括以上任一实施例所述的逆变器,还包括直流电源和交流电网。
[0157] 以上所述,仅是本发明的较佳实施例而己,并非对本发明作任何形式上的限制。虽 然本发明己以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人 员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明 技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离 本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同 变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1. 一种抑制漏电流的逆变器,其特征在于,包括:多电平逆变桥臂、DCDC变换器、第一电 容和第二电容; 所述多电平逆变桥臂的正输入端和负输入端分别连接DCDC变换器的正输出端和负输 出端; 所述第一电容和所述第二电容串联后连接在所述多电平逆变桥臂的正输入端和负输 入端之间; 所述多电平逆变桥臂的中点连接所述第一电容和第二电容的公共点; 所述DCDC变换器的正输入端和负输入端分别连接直流电源的正端和负端; 所述多电平逆变桥臂的中点连接所述直流电源的正端或负端; 所述多电平逆变桥臂的输出端连接交流电网,所述交流电网的N线连接所述多电平逆 变桥臂的中点。
2. 根据权利要求1所述的抑制漏电流的逆变器,其特征在于,当所述多电平逆变桥臂的 中点连接所述直流电源的负端,具体为:所述多电平逆变桥臂的中点通过第二开关连接所 述直流电源的负端; 当判断逆变器的漏电流大于预设电流值时,所述第二开关闭合,反之断开。
3. 根据权利要求2所述的抑制漏电流的逆变器,其特征在于,所述直流电源的负端通过 第三开关连接所述多电平逆变桥臂的负输入端;当所述DCDC变换器需要停止工作时,控制 所述第三开关闭合以将所述DCDC变换器旁路; 或, 所述直流电源的负端连接第二二极管的阴极,所述第二二极管的阳极连接所述多电平 逆变桥臂的负输入端。
4. 根据权利要求1所述的抑制漏电流的逆变器,其特征在于,当所述多电平逆变桥臂中 点连接所述直流电源的正端,具体为:所述多电平逆变桥臂的中点通过第四开关连接所述 直流电源的正端; 当判断逆变器的漏电流大于预设电流值时,所述第四开关闭合,反之断开。
5. 根据权利要求4所述的抑制漏电流的逆变器,其特征在于,所述直流电源的正端通过 第五开关连接所述多电平逆变桥臂的正输入端;当所述DCDC变换器需要停止工作时,控制 所述第五开关闭合以将所述D⑶C变换器旁路; 或, 所述直流电源的正端连接第三二极管的阳极,所述第三二极管的阴极连接所述多电平 逆变桥臂的正输入端。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的抑制漏电流的逆变器,其特征在于,所述DCDC变换器 至少为以下一种,或者至少二种: Buck、Boost、Buckboost、Cuk、Sepic、Zeta、正激变换器、反激变换器、推挽变换器和全 桥变换器。
7. 根据权利要求1_5任一项所述的逆变器,其特征在于,所述多电平逆变桥臂为三电 平、五电平、七电平或九电平逆变桥臂。
8. 根据权利要求7所述的逆变器,其特征在于,当所述多电平逆变桥臂为三电平逆变桥 臂时,所述多电平逆变桥臂采用T型三电平桥臂或I字型三电平桥臂; 当所述多电平逆变桥臂为五电平逆变桥臂时,所述多电平逆变桥臂采用基于悬浮电容 的五电平桥臂。
9.根据权利要求1-5任一项所述的逆变器,其特征在于,所述直流电源为以下任意一 种: 光伏阵列、超级电容和蓄电池。
10.根据权利要求1-5任一项所述的逆变器,其特征在于,还包括:滤波电路; 所述滤波电路连接在所述逆变器桥臂的输出端和交流电网之间。
11. 一种逆变系统,其特征在于,包括权利要求1-10任一项所述的逆变器,还包括:直流 电源和交流电网。
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